JPH08315969A

JPH08315969A - マイクロヒーターとその製造方法及びガスセンサー

Info

Publication number: JPH08315969A
Application number: JP12281795A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iwamoto; 修岩本; Fumitaka Kitamura; 文孝北村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁性に優れ、加熱効率の良いマイクロヒー
ターとその製造方法、及び、そのマイクロヒーターを用
いたガスセンサーを提供する。【構成】基板、および基板上に形成された薄板部、及
び発熱電極を具備するマイクロヒーターにおいて、基板
２に空洞部３を設けて、発熱電極５が薄板部４の裏面側
である空洞部３内に形成されていることを特徴とするマ
イクロヒーター。また、発熱電極５を基板２へのイオン
打ち込みとエッチングにより形成する、マイクロヒータ
ーの製造方法。及び、マイクロヒーター１の薄板部４の
表面にガス感知物質を具備するガスセンサー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小部分を加熱するマイ
クロヒーターとその製造方法、及び前記マイクロヒータ
ーを用いたガスセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係わる第１の従来技術として
は、先ず特開昭５５−１１９３８１号公報がある。特開
昭５５ー１１９３８１号公報の構成は同公報第１図に示
されるように、基板上に薄板部を具備し、該薄板部の上
面（表面）に発熱電極を有し、該薄板部の下部に空洞部
を具備するものである。

【０００３】また、第２の従来技術としては、特開昭５
４ー７３０９７号公報や特開昭５７−１７４８９号公報
がある。これら２つの公報の構成は、特開昭５４ー７３
０９７号公報第２図に示されるように、基板上に薄板部
を具備し、該薄板部の下部に発熱電極を、基板に埋め込
むごとく形成した構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来技術
では、下記に示す課題がある。すなわち、第１の従来技
術では、薄板部の表面に発熱電極を具備するため、他の
構成要素を表面に形成する場合に、電気的な絶縁性が悪
く、また自由な配置ができないという課題を有してい
る。

【０００５】また、第２の従来技術では、発熱電極が基
板と接しているため、発熱電極により発熱した熱が、基
板を介して発散してしまい、電気−熱の変換効率が小さ
いという課題を有している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロヒータ
ーとその製造方法は、上記の課題を解決するもので、基
板、および該基板上に形成された薄板部、及び発熱電極
を具備するマイクロヒーターにおいて、基板に空洞部を
設け、発熱電極が薄板部の裏面側である空洞部内に形成
されていることを特徴とするマイクロヒーターと、基板
がシリコンであり、基板の一面に不純物が拡散された部
分を形成する工程、不純物が拡散された部分の上に前記
薄板部を形成する工程、基板の不純物が拡散された部分
を残し基板をエッチングし、前記発熱電極と前記空洞部
を形成する工程、を含むことを特徴とするマイクロヒー
ターの製造方法である。

【０００７】また、半導体ガス感知物質と半導体ガス感
知物質を加熱するマイクロヒーターよりなるガスセンサ
ーにおいて、マイクロヒーターが、基板、及び基板上に
形成された薄板部、及び発熱電極を具備し、基板に空洞
部を設け、発熱電極が薄板部の裏面側である空洞部内に
形成されており、半導体ガス感知物質が薄板部の表側に
形成されていることを特徴とするガスセンサーである。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）以下実施例に従い詳細に説明する。図１は
本発明の第１の実施例によるマイクロヒーター１の断面
図である。また図２は第１の実施例によるマイクロヒー
ター１の上面図である。

【０００９】図１に示すように本実施例によるマイクロ
ヒーター１はシリコン基板２に設けられた空洞部３と、
空洞部３上に形成される薄板部４、及び薄板部４の裏面
側で、空洞部３の内部に形成された発熱電極５を具備し
ている。

【００１０】さて、図３は第１の実施例のマイクロヒー
ター１の製造工程を工程順に説明するための断面図であ
る。図３に従い第１の実施例によるマイクロヒーター１
の工程を以下説明する。

【００１１】まず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板２の両面に絶縁膜８ａ及び絶縁膜８ｂを形成する。
本実施例ではシリコン基板２は（１００）面単結晶シリ
コンであり、絶縁膜８ａ及び８ｂは酸化シリコンであ
り、熱酸化により形成される。

【００１２】次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜８
ａの一部分に開口部９を形成し、絶縁膜８ａをマスクと
して不純物の拡散層（以下単に拡散層と称する）１０を
形成する。本実施例では拡散層１０は高濃度ボロンドー
プ層であり、イオン打ち込みにより形成している。ボロ
ン濃度は１０²⁰個／cm³ である。更に本実施例では、図
２に示すように拡散層の形状は電極の形状をしている。
イオン打ち込み後、摂氏１０００度で約１時間熱拡散す
る。

【００１３】なお、不純物の拡散方法はイオン打ち込み
法以外に、塗布法でも可能である。すなわち、酸化ボロ
ン（Ｂ２Ｏ３）をスピンコート法等により厚み約１マイ
クロメーターに塗布し、その後摂氏１０００度で約２時
間アニールすることにより、同様な不純物の拡散層を形
成することができる。

【００１４】また、不純物はボロンでなく、リン等でも
可能である。

【００１５】次に、図３（ｃ）に示されるように、絶縁
膜８ａを一旦除去し、改めて同一面に第２の絶縁膜１１
を形成する。本実施例では第２の絶縁膜１１は酸化シリ
コン膜である。本絶縁膜１１が図１における薄板部４で
ある。

【００１６】次に、図３（ｄ）に示されるように、絶縁
膜８ｂの一部分に開口部６を形成する。そして、図３
（ｅ）に示すように、開口部６より絶縁膜８ｂをマスク
として基板２をエッチングし空洞部３を形成する。本実
施例ではエッチングは異方性エッチングでありエッチン
グ液は水酸化カリウム水溶液である。またエッチングは
拡散層１０及び絶縁膜１１において自動的に停止する。
このエッチングストップ後の拡散層１０が、図１に示す
発熱電極５である。

【００１７】自動的にエッチングが停止する理由は、ボ
ロンを高濃度に拡散させた部分は、周囲のシリコンより
水酸化カリウム等のアルカリエッチング液に溶解し難い
ためである。そして、絶縁膜１１である酸化シリコンも
溶解しないため、空洞部３と発熱電極５が自動的に形成
される。これが本発明の特徴である。

【００１８】また、拡散層１０はシリコンであり、絶縁
膜１１は酸化シリコンであり、各々の密着性も良好であ
る。さらに密着性を向上するために、例えば絶縁膜８ａ
を除去した後、一旦表面を薄く酸化させることも可能で
ある。

【００１９】この拡散層１０は図２に示すように電極形
状をしており、外部電極と導通を取ることにより発熱電
極５として使用する。外部電極との導通は、図２に示さ
れている引き出し窓１２をあけることにより行う。ま
た、拡散層１０の形状は図２の形状に規制されず、任意
に設定が可能である。

【００２０】（実施例２）図４は、本発明による第２の
実施例のマイクロヒーターの断面図である。本実施例で
は、空洞部３は薄板部４側から基板２をエッチングする
ことにより形成されており、薄板部４は片持ち梁構造で
ある。

【００２１】基板２は（１００）シリコンであり、本実
施例２も実施例１と同じ製造方法で形成することができ
る。ただし、空洞部３の形成は絶縁膜１１に開口部を形
成することにより行う。

【００２２】（実施例３）図５は本発明による第３の実
施例によるガスセンサーの断面図であり、また、図６は
ガスセンサー７の上面図である。本ガスセンサー７は実
施例１によるマイクロヒーター１を使用している。

【００２３】実施例１による製造方法でマイクロヒータ
ー１を形成した後、薄板部４上に半導体ガスセンサー材
料であるガス感知物質１３と、その引き出し電極１４を
形成する。従来のガスセンサーでは図７に示すように、
ガス感知物質１３ｂと引き出し電極１４ｂ、及び発熱電
極５ｂは同一面に形成されていた。そのため発熱電極５
ｂと、引き出し電極１４ｂ，及びガス感知物質１３ｂが
近傍に形成されており、絶縁性が悪い等の課題があっ
た。

【００２４】これに対し、本実施例では発熱電極５は薄
板部４の裏面に、引き出し電極１４、及びガス感知物質
１３とが薄板部４の表面に形成されているため、完全に
分離されている。また、ガス感知物質１３の真下に発熱
電極５を形成することができるため、昇温効率が良いと
いう効果を有する。従って、低消費電力化や、より一層
の小型化に適している。

【００２５】ガス感知物質１３としては、酸化錫、酸化
インジウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化チタ
ン、酸化鉄等を用いることができる。これら半導体ガス
感知物質は摂氏２５０度から４５０度程度に、昇温させ
て使用することが必要である。

【００２６】本実施例によるガスセンサーと、図７に示
す従来技術によるガスセンサーの消費電力を比較する
と、摂氏４００度に加熱するのに必要な電力は従来技術
による場合が約２０ｍＷであるのに対し、本実施例によ
る場合は約５ｍＷであり約１／４の電力で済むことが判
明した。

【００２７】また、同じ面積のガスセンサーの場合、本
実施例のガスセンサーではガス感知物質の面積を従来技
術のガスセンサーの面積の約９倍に大きくすることがで
きるため、ガス感度が従来の約５倍向上できた。面積に
比例していないがこれは何らかの損失によるものであ
り、今後さらに感度向上が期待できる。なお、感度はエ
タノールによる感度を比較した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板に設けられた空洞部側である、薄板部の裏面にヒータ
ー電極を形成するため、従来のマイクロヒーターに比
べ、他の構成要素の電極との絶縁性が増すと共に、薄板
部の裏面より直接被昇温物質を加熱できるため、消費電
力の低減や、小型化に適しているという効果を有する。

【００２９】また、本発明によるガスセンサーは低消費
電力であり、かつガスの感度を向上できるという効果を
有する。

【００３０】さらに、本発明によるマイクロヒーターの
製造方法によれば、発熱電極がエッチングストップによ
り自動的に形成できるため、品質の安定化がはかれると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるマイクロヒーター
の断面図。

【図２】本発明の第１の実施例によるマイクロヒーター
の上面図。

【図３】本発明の第１の実施例におけるマイクロヒータ
ーの工程毎の断面図。

【図４】本発明の第２の実施例によるマイクロヒーター
の断面図。

【図５】本発明の第３の実施例によるガスセンサーの断
面図。

【図６】本発明の第３の実施例によるガスセンサーの上
面図。

【図７】従来技術によるガスセンサーの上面図。

【符号の説明】

１マイクロヒーター２基板３空洞部４薄板部５発熱電極６開口部７ガスセンサー８ａ８ｂ絶縁膜９開口部１０不純物の拡散層１１第２の絶縁膜１２引き出し窓１３ガス感知物質１４引き出し電極１５引き出し電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板、および該基板上に形成された薄板
部、及び発熱電極を具備するマイクロヒーターにおい
て、該基板に空洞部を設け、該発熱電極が該薄板部の裏
面側である該空洞部内に形成されていることを特徴とす
るマイクロヒーター。
【請求項２】基板がシリコンであり、該基板の一面に
不純物が拡散された部分を形成する工程、該不純物が拡
散された部分の上に前記薄板部を形成する工程、該基板
の該不純物が拡散された部分を残し該基板をエッチング
し、前記発熱電極と前記空洞部を形成する工程、を含む
ことを特徴とするマイクロヒーターの製造方法。
【請求項３】半導体ガス感知物質と該半導体ガス感知
物質を加熱するマイクロヒーターよりなるガスセンサー
において、該マイクロヒーターが、基板、及び該基板上
に形成された薄板部、及び発熱電極を具備し、該基板に
空洞部を設け、該発熱電極が該薄板部の裏面側である該
空洞部内に形成されており、半導体ガス感知物質が該薄
板部の表側に形成されていることを特徴とするガスセン
サー。